二肽基肽酶_4及其抑制剂的研究进展_王欣

attracted a lot of attention as a new target of type 2 diabetes，and some drug candidates have been developed and entered clinical phases. The structureactivity relationship study of various reported inhibitors could promote the development of more efficient DPP4 inhibitors. KEY WOＲDS： DPP4 ； DPP4 inhibitor； type 2 diabetes； structureactivity relationship 随着人们饮食和生活方式的改变 ， 糖尿病患者数量在不 断增加。全 世 界 现 有 糖 尿 病 患 者 约 1. 94 亿， 预 计 到 2030 年， 糖尿病患病人数将升至 3. 66 亿
。其催化活性位点是以 Ser630 为中心的五肽片段。 替
4 失去催化活性。 可以被 DPP4 水解的 换该片段则使 DPP寡肽有 2 个共同的特征： 即含有 30 ～ 80 个氨基酸并且第二
“新世纪优秀人才 ” 20100480655 ） ； 天津医科大学 基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （ 21202120 ） ； 中国博士后科学基金（ 2012T50237 ， 基金； 天津市高等学校科技发展基金 （ 20100101 ） 作者简介： 王欣， 女， 博士， 讲师 Tel / Fax： （ 022 ） 83336658 研究方向： 药物合成与分析 Email： chengxianchao@ aliyun. com Chin Pharm J， 2013 November， Vol. 48 No. 21 · 1789·
*
通讯作者： 程先超， 男， 博士， 副教授
研究方向： 抗糖尿病药物化学
中国药学杂志 2013 年 11 月第 48 卷第 21 期
3. 1
2氰基吡咯烷类 化合物 1 是 2氰基吡咯烷类抑制剂的典型代表 ， 该化合
4 抑制剂 （ 图 3 ） 。 其 K i 值 物是稳定、 高效、 高选择性的 DPP－1 可以达到 1. 4 nmol · L ， 选择性比其他的同类化合物要高 ［8 ］ 4 疏水性口袋 吡咯烷部分与 DPP出 1 000 倍 。研究表明，
［6 ］
图2
DPP4 与其抑制剂的结合模式
。自从 1996 年第一次在
［5 ］
出了化合物 4 。 该化合物表现出与维格列汀 （ 3a ） 相近的体 内抑制活性， 并且该化合物在 pH 7. 4 的磷酸缓冲溶液中的 半衰期长达 7 d。与之结构相近的化合物 5 也具有很强的活 性
［14 ］
。在 N 端引入一个刚性骨架亦有助于提高抑制剂的活
。
［15 ］ ［16 ］ 性， 例如 化 合 物 6 和7 ， 二 者 的 IC50 分 别 达 到 2 和 8
另外， 它还可以促进胰岛素基因表达和生物合成 ， 促进胰岛 细胞新生， 抑制 β细胞凋亡， 增加 β细胞数量。 这些重要的 1 的 2 型糖尿病治疗方法的发展 。 生理功能促进了基于 GLP4 可以快速地使 GLP1 失活， 近年来， 由于研究发现 DPP所 4 成为了治疗 2 型糖尿病新的靶点， 以 DPP对其抑制剂的研 究也随之成为研究的重点 。 3 4 （ DPP4） 二肽基肽酶抑制剂
准上市。将金刚烷上的羟基换成其他取代基可以获得一系 列生物活 性 相 近 的 抑 制 剂 ， 其中代表性的例子是化合物 3b［12］ 。有研究表明， 在甘氨酸的 β 位引入取代基可以适当 Tsai 等 增加化合物的溶解性和稳定性 。在此基础上，
［13 ］
。
开发
GLP1 的半衰期只有 1 ～ 2 min， GIP 大约是 7 min。而 GLP1 和 GIP 与 2 型糖尿病有着密切的关系 ， 在血糖浓度控制方面 1 主要由 L发挥重要作用。其中 GLP细胞分泌， 在进餐后释 可以延缓胃排空， 减少食物摄取， 抑制胰高血糖素分泌， 放， 在正常人和 2型糖尿病患者体内都可以降低葡萄糖循环
·综
述·
二肽基肽酶 -4 及其抑制剂的研究进展
1 2 2 2* 王欣 ，李游 ，桂辛蕊 ，程先超
（ 1. 天津生物工程职业技术学院， 天津 300462 ； 2. 天津市临床药物关键技术重点实验室， 天津医
科大学药学院， 天津 300070 ）
摘要： 目的
4 （ DPP4 ） 的结构及功能， 4 抑制剂的结构特点对其进行分类介绍 ， 简述二肽基肽酶根据二肽基肽酶并结合已上 查阅国内外相关文献并进行归纳 、 分析综述。 结果与结论 二肽基
7、 DPP8 和 DPP9 的选择性超过 nmol·L － 1 ， 其中 6 对 DPP10 000 倍。 针 对 一 些 抑 制 剂 半 衰 期 短 的 问 题 ， Bahekar 和 Shah 开发出了化合物 8 ， 该化合物不仅具有与维格列汀相近 而且在给药期间可以持续抑制血糖水平 的活性， 3. 2 取代的 2氰基吡咯烷类 尽管 2氰基吡咯烷结构单元具有很好的生物活性 ， 但是 由于在溶液中氰基可以与裸露的氨基反应生成没有抑制活 性的环状中间体， 使得它的化学稳定性变差 （ 图 5 ） 。
但是由于它能够引起其他副作用 ， 临 快就被用于临床试验， 床试验随后即被终止
［10 ］
。由诺华制药公司研发的金刚烷基
Hale Waihona Puke 取代的化合物 3a （ vildagliptin， 维格列汀） 具有很好的抑制活
－ 1 ［11 ］ ， 性 （ IC50 = 34 nmol· L ） 该抑制剂于 2007 年被欧盟批
S1 的结合是对底物保持高亲和力的关键 ， 因此修饰吡咯烷部 分对抑制剂的活性会产生很大影响 。 有研究表明， 氰基吡咯 4 上 Ser630 进行共价结合 烷上亲电性的氰基基团可与 DPP使含有氰基吡咯烷结构单元的抑制剂具有很高的生物活性 。 目前一系列氮端带有不同取代基的 2氰基吡咯烷类抑制剂 结果表明， 化合物 2 （ 图 4 ） 已经被合成出来并进行活性测试 ， DPP4 IC50 = 0. 78 （ rat plasma ） ，0. 49 具有较高的生物活性［ 图1 4 （ DPP4 ） 的结构 二肽基肽酶［9 ］ （ porcine kidney） and 0. 14 μmol · L － 1 （ human） ］ 。 化合物
Progress in Dipeptidyl Peptidase4 and Its Inhibitors rui2 ，CHENG Xianchao2* ［1. Tianjin Vocational College of Bioengineering，Tianjin WANG Xin1 ，LI You2 ，GUI Xin300462 ，China； 2. Tianjin Key Laboratory on Technologies Enabling Development of Clinical Therapeutics and Diagnostics （ Theranostics） ，School of Pharmacy，Tianjin Medical University，Tianjin 300070 ，China］ ABSTＲACT： OBJECTIVE To review the structures of dipeptidyl peptidase4 （ DPP4 ） and its inhibitors and introduce the evaluaPreparation of this review is based on searching，categorizing，analyzing and DPP4 has
2 的良好口服生物利用度 、 强有力的抗高血糖活性使得它很 个氨基酸是脯氨酸或丙氨酸 。 满足条件的寡肽在体内分布 有着重要的生物活性， 例如能够释放神经递体的神经 广泛， 肽、 与免疫响应相关的寡肽 、 与消化代谢相关的寡肽以及肠 1 ） 和葡萄糖依赖性促胰岛素多 促胰岛素。胰升糖样肽（ GLPDPP4 可以切掉 肽（ GIP） 属 于 肠 促 胰 岛 素。 有 研 究 表 明， GLP1 和 GIP 端头的二肽， 使二者失去生物活性。由于 DPP4 在血液和肝脏中大量存在 ， 并且分布于分泌上面 2 种激素 1 和 GIP 的 水 解 非 常 迅 速 的上皮 细 胞 附 近， 它 对 GLP［4 ］
tion methods of several marketed inhibitors. METHODS
summarizing of diplomatic and international literatures about DPP4 and its inhibitors. ＲESULTS AND CONCLUSION
4 抑制剂介绍其活性评价方法 。方法 市的二肽基肽酶-
4 作为经临床证实的治疗 2 型糖尿病的新靶点， 肽酶近年来引起医药界的广泛关注 ， 越来越多的候选药物进入各期临床研究 中， 总结各类抑制剂的构效关系为更加高效的抑制剂的开发奠定坚实的基础 。 4 ； 二肽基肽酶4 抑制剂； 2 型糖尿病； 构效关系 关键词： 二肽基肽酶doi： 10. 11669 / cpj. 2013. 21. 003 中图分类号： Ｒ944 文献标志码： A 文章编号： 1001 － 2494 （ 2013 ） 21 － 1789 － 08
［1 ］
DPP4 氨基酸相同。人体 DPP4 为二聚体形式， 每个亚单元 hydrolase do包含 2 个结构域： 一个 α / β 水解酶结构域 （ α / βmain） 和一个八面 βpropeller domain ） 。 在这 螺旋结构域 （ β2 个结构域中间有一个大小约 30 ～ 45 的大型空腔， 是控制 4 的活性部位（ 图 底物的出入口， 其内有一袋状结构， 为 DPP1 ） ［2］ 。研究发现， DPP4 广泛存在于哺乳动物 的 肾 、 肝、 小 肠、 胰腺上皮细胞及血管内皮细胞和淋巴细胞 ， 在细菌及植 物中亦有表达， 同时它也可以溶解形式存在于血浆中 。 2 DPP4 的功能 DPP4 能催化寡肽的第二个肽键水解断裂 ， 并释放出二 肽
［17 ］
。
4 与其抑制剂所形成的复合物晶体结构、 通过对 DPP构 4结 效关系研究以及复合物空间结构研究发现抑制剂与 DPP合存在几个关键活性位点（ 图 2 ） ： 疏水性 S1 和 S2 口袋， 二者 206， 可以与抑制剂发生疏水相互作用； 侧链谷氨酸 （ Glu） 205、 抑制剂与其形成氢键对抑制活性至关重要； 侧链丝氨酸 （ Ser ） 630， 抑制剂与其共价结合能提高抑制剂的总体亲和力。目前 4 抑制剂都是围绕这几方面结构特征进行设 绝大部分的 DPP4 抑制剂应具有以下结构特征： ① 与 计。因此，理想的 DPPS1 或 S2 口袋结合的部分； ② 与 （ Glu ） 205、 206 的氢键结合部 分； ③与（ Ser） 630 的共价结合部分
［3 ］
。 肠促胰岛素因其有
诱导 β细胞分化、 抑制胃排空等多种功能 ， 被认为是治疗糖 尿病很有前景的新药之一 。 但由于在人体内它能迅速地被 4 （ dipeptidyl peptidase4， DPP4 ） 所灭活， 二肽基肽酶使其应 4 抑制剂因能抑制 DPP4 的活性， 用受到限制。DPP在糖尿 病的治疗中受到广泛的关注 。 同时， 开发各种高效低毒、 高 4 抑制剂也成为研究的热点 。 选择性的 DPP1 DPP4 的结构 DPP4 是人体同源二聚体的跨膜丝氨酸蛋白酶 。 人体 DPP4 含有 766 个氨基酸， 相对分子质量约为 110 000 。而小 4 含有 767 个氨基酸， 鼠体内的 DPP其中有 85% 左右与人体